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La présente invention se rapporte à un dispositif électronique de
protection thermique d'une charge comprenant des transformateurs d'intensité
ou capteurs de courant installés sur les fils de la ligne polyphasée
alimentant
ladite charge et connectés à un circuit de traitement électronique fournissant
un
ordre de commande apte à interrompre l'alimentation polyphasée de ceti:e
charge.
On utilise, pour protéger les moteurs électriques, des relais thermiques
associés à des contacteurs ou des modules de protection thermique associés à
des
disjoncteurs. Ces appareils conirblent le courant absorbé sur chacune des
phases ou
les déséquilibres ou absences de phase. Ils comprennent habituellement, pour
chaque phase, une bilame échauffée par le courant de phase. Quand une
surcharge
se produit sur une phase, la bilame qui correspond à la phase surchargée
fléchit et
commande la coupure de l'alimentation du moteur. Le déclenchement en cas de
déséquilibre ou d'absence de phase est obtenu par un dispositif différentiel.
Les relais thermiques sont difficilement utilisables pour des courants
supërieurs à 100 ampères environ. L'échauffement de chaque bilame et donc le
courant de déclenchement sont mal maitrisés car des échauffements parasites se
produisent.
On utilise également, pour protéger des moteurs électriques, des relais
électroniques tels que celui décrit dans le brevet français 2.586.489. Un tel
relais
comporte, pour chaque phase, un capteur de courant donnant une image du
courant
de phase. Un circuit électronique de traitement reçoit et traite les images
des courants
de phases et délivre un ordre de déclenchement en cas de surcharge ou de
déséquilibre entre phases.
On connait par le brevet français 2.641.410, un relais électronique qui est
équipé d'un détecteur thermique comprenant un élément résistif chauffant
parcouru
par un courant de phase et thermiquement couplé à un capteur de température,
au
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moyen d'un corps de couplage thermique. Ce détecteur thermique permet de
mémoriser de façon simple l'état thermique de la charge protégée par le
relais.
L'invention a notamment pour but de fournir un dispositif de protection
électronique assurant le traitement des déséquilibres de phases sans aucun
traitement analôgique. Le dispositif est insensible aux harmoniques. II
détecte les
déséquilibres de courants, petits ou grands, ainsi que les absences de phases.
Le dispositif selon l'invention est caractérisé par le fait que les sorties
dEa
capteurs sont connectées à des moyens de détection qui fournissent dEa
signaux logiques dépendant du courant de sortie de chaque capteur au circuit
de traitement qui, à partir de ces signaux logiques, calcule le déséquilibre
dE~s
courants détectés par les capteurs.
De préférence, selon une caractéristique, le circuit de traitement
électronique traite les signaux reçus et délivre, par l'intermédiaire d'un
circuit de
sortie, un ordre de déclenchement ou de commande à un appareil associé.
De préférence, selon une caractéristique, le circuit de traitement
électronique (3) traite les signaux logiques pour obtenir par un "ou exclusif'
des
états logiques et pour calculer si les durées pendant lesquelles ces états
logiques sont à un même niveau sont égales ou inégales.
L'invention va maintenant étre décrite avec plus de détail en se référant à un
mode de réalisation donné à titre d'exemple et représenté par les dessins
annexés
sur lesquels:
- la figure 1 est un schéma d'un dispositif électronique de protection
triphasé
conforme à l'invention;
- la figure 2 est un diagramme illustrant le fonctionnement du dispositif de
la
figure ~1 en régime équilibré;
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- la figure 3 est un diagramme illustrant le fonctionnement en régime
déséquilibré;
- la figure 4 est un diagramme illustrant le fonctionnement lorsqu'une phase
est manquante.
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Le dispositif électronique selon (invention est destiné à protéger un moteur
électrique triphasé M, en cas de surcharge ou de déséquilibre entre les
courants de
phases.
Sur chaque fll de phase L1 ou L2 ou L3 est disposé un capteur de courant
Ti1 ou Ti2 ou TIg respectivement, du type transformateur d'intensité. Les
sorties
secondaires da chaque transformateur Ti1 ou Tiz ou Tig alimentent un circuit
de
redressement P1 ou P2 au Pg respectivement qui est constitué par un pont de
diodes
D1, D2, Dg, D4 et qu1 fournit un courant redressé à deux sorties 01, O'1 ou
02, O'2,
ou Og, O'g respectivement.
Les sorties O1, 02, 03 des circuits de redressement P1, P2, Pg sont reliées
en commun à un élément résistif chauffant (résistance) 11 d'un détecteur
thermique
1. Une première home de la résistance 11 est donc reliée aux sorties 01, 02,
Og,
(autre borne de la résistance 11 étant reliée à un circuit d'alimentation 9.
Cette
résistance 11 est donc parcourue par le courant redressé fourni par les
circuits de
redressement.
Le circuit d'alimentation 9 qui est connecté à la résistance 11 fournit une
tension de sortie (51n utilisée pour (alimentation d'un circuit de traitement
électronique
3.
La résistance 11 est thermiquement couplée à un seul et méme capteur de
température 14 de type connu en soi. Une plaque de couplage thermique réalisée
en
un matériau résistant à la température et isolant électriquement sépare le
capteur de
température 14 et la résistance 11.
La résistance 11 est de préférence sérigraphiée sur la plaque de couplage
thermique. Le capteur de température 14 peut également étre sérigraphié sur la
face
qui est opposée à la face portant la résistance 11. En variante, le capteur 14
peut étre
indépendant de la plaque de couplage tout en étant en contact direct avec
celle-ci.
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La résatance 11, la plaque de couplage thermique et le capteur de
température 14 sont logés dans un boitier qui est électriquement isolant.
Le signal de sortie du capteur 14 est envoyé au circuit de traitement
électronique 3 qui traite les signaux reçus et délivre, par (intermédiaire
d'un circuit de
sortie 8, un ordre de déclenchement ou de commande à un appareil associé. Ce
circuit 3 comprend un microprocesseur.
Le circuit de traitement électronique 3 reçoit sur une première entrés les
informations données respectivement par un organe de réglage usine 6 et sur
une
seconde entrée les informations données par un organe de réglage client 7.
Le dispositif peut étre associé à un contacteur ou à un disjoncteur.
Dans le cas où le dispositif est associé à un contacteur (version relais), le
circuit de sortie 8 présente des sorties 95 à 98 pouvant étre raccordées aux
entrées
A1, A2 d'un contacteur associé C qui est installé sur les lignes L1, L2, L3 de
manière
à couper l'alimentation du motéur M.
Dans le cas où le dispositif est associé à un disjoncteur, le circuit de
sortie 8
commande la semare du disjoncteur.
Le courant de sortie des circuits de redressement P1, P2, P3 est ajusté par
un transistor T2 commandé en modulation de largeur d'impulsions par le circuit
de
traitement électronique 3.
Chaque sortie négative des circuits de redressement P1, P2, P3 attaque un
circuit de détection 51, 52, 53, respectivement, qui transforme le signal
slnusoidal en
signal logique.
Chaque circuit de détection 51 comprend une résistance R1 reliée à la sortie
d'un circuit de redressement et un transistor T1 de type NPN dont le
collecteur reçoit
une tension d'alimentation au travers d'une résistance R2 et dont l'émetteur
est relié à
la masse. Les circuits de détection 51, 52, 53 sont tous identiques et
fonctionnent
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tous de la manière qui vient d'étre décrite. Ils constituent ensemble le
circuit de
traitement des déséquilibres repéré 5.
Le fonctionnement du dispositif va maintenant âtre expliqué.
Les courants secondaires des transformateurs d'intensité Til, Ti2, Ti3 sont
5 redressés et additionnés pour former un courant i1 qui est envoyé sur la
résistance
11. La résistance 11 du détecteur thermique 1 est donc parcourue par un
courant
redressé qui représente la somme des courants redressés.
En fonction du courant de réglage client déterminé par foroane da réglage 7,
le circuit de traitement électronique 3 commande le transistor T2 en
modulation da
largueur d'impulsions (MLI) de façon que la puissance dissipée dans le
détecteur
thermique 1 soit sensiblement constante. Quel que soit le courant de réglage,
le
détecteur thermique 1 travaille avec la méme puissance. Les échauffements sont
réduits lorsque iR = iR max. La technologie du détecteur thermique est plus
économique. II y a un seul réglage à chaud.
Si fon se réfère aux circuits de détection, la tension base-émetteur aux
homes du transistor T1 est repérée respectiver~nent V1 pour le circuit 51, V2
pour le
circuit 52, V3 pour le circuit 53. La tension collecteur émetteur aux homes du
transistor T1 est repérée respectivement V21 pour le circuit 51, V22 pour le
circuit 52,
V23 Pour le circuit 53.
Lorsque le courant i0 au secondaire d'un transformateur d'intensité Ti est
positif, les diodes D1 et D4 conduisent. Quel que soit (état des transistors
T2 et T3, la
tension base-émetteur V1 est de fondre de 0,6 volt. Le transistor T1 conduit
et la
Pension collecteur émetteur V21 est nulle (0 volt).
Lorsque le courant ip au secondaire du transformateur d'intensité Ti est
négatif ou nul, les diodes D2 et Dg conduisent. Quel que soit (état des
transistors T2
et T3, la tension base-émetteur V1 est égale à -0,6 volt. Le transistor T1 ne
conduit
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pas et la tension collecteur-émetteur V21 est égale à la tension nominale
d'alimentation (5 volts) du transistor T1.
Les tensions de sortie V21, V22, V23 (tensions émetteur-collecteur) sont des
signaux logiques ( soit 0 volt soit 5 volts). Ces signaux V21, V22~ V23 qui
correspondent respectivement aux trois phases, sont appliqués aux trois
encrées 11,
12, 13 du circuit de traitement électronique 3.
Le circuit de traitement élecUonique 3 traite les signaux logiques V21, V22,
V23 Pour obtenir par un "ou exGusifi' des états logiques E1, E2, E3 définis de
la
manière d-après:
0 - E1=1 lorsque V21 et V22 sont égaux ou E1=0 s'ils ne sont pas égaux;
- E2=1 lorsque V22 et V23 sont égaux ou E2=0 s'ils ne sont pas égaux;
- E3=1 lorsque V21 et V23 sont égaux ou E3=0 s'ils ne sont pas égaux.
Si les durées pendant lesquelles E1, E2, E3 sont égaux à 1 sont égales
pendant une période réseau, alors le fonctionnement est équilibré (figure 2).
~5 Si les durées pendant lesquelles E1; E2, E3 sont égaux à 1 ne sont pas
égales pendant une période réseau, alors le foncüonnement est déséquilibré
(figure
3). II est alors possible de connaitre les taux de déséquilibre des courants
primaires .
Si Tune des phases est totalement coupée, fun des états E1, E2, E3 est nul
pendant la période de temps considérée. Si par exemple, la phase 9 est coupée,
V21
20 = 5 volts en permanence de sorte que E3=0 (figure 4).
La détermination des états E1, E2, E3 est effectuée par le circuit de
traitement 3. Le calcul est effectué pendant un temps suffisamment long par
rapport à
la période réseau.
Le déGenchement est commandé lorsque le signa) de sortie du capteur 14
25 dépasse, en régime équilibré, un seuil de déclenchement appelé Ssup.
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En régime déséquilibré, le seuil de déclenchement est corrigé d'un coefficient
K inférieur à 1, ce nouveau seuil étant appelé Sinf
La vitesse avec laquelle le seuil sera ramené de Ssup à Sinf se fera en
accord avec la constants du détecteur thermique 1.
Si le déséquilibre disparait, le seuil sera progressivement ramené de Sinf à
SsuP.
Si le déséquilibre est important, le circuit de traitement électronique 3
donnera un ordre de déclenchement indépendamment du détecteur thermique 1,
après une temporisation face.
Le dispositif traite les petits déséquilibres "thermiquement", de manière
analogue au différentiel des relais à bilame. II traite les grands
déséquilibres sur les
absences de phases (fonctionnements dangereux) par un temps fixe.
ll est bien entendu que fon peut sans sortir du cadre de (invention imaginer
des variantes et des perfectionnements de détail et de méme envisager l'emploi
de
moyens équivalents.
